La fabrication additive entre dans l'ère spatiale
La fabrication par couches est un procédé industriel permettant d'économiser du temps et des ressources et consistant à appliquer, couche par couche, un matériau pour créer des pièces tridimensionnelles. Des secteurs aussi divers que l'aérospatiale ou la fabrication de moules ont déterminé que cette technique a un potentiel considérable pour réduire la quantité de matière première nécessaire à la fabrication. Le projet 4M amélioré ce procédé en le rendant plus souple. «Le principal objectif du projet 4M était de mettre au point les éléments d'un procédé unique de fabrication par couches à base de poudre métallique», explique le coordinateur du projet, le Dr Erich Neubauer de RHP Technology en Autriche. «Cette poudre métallique, qui est constituée de particules de quelques dizaines de micromètres, est injectée dans une torche à plasma utilisée comme une torche de soudage manuelle.» Au niveau de la faisabilité, les résultats sont actuellement analysés par l'Agence spatiale européenne, et l'équipe du projet espère également que le procédé pourra être utilisé pour fabriquer des pièces de turbines pour la génération d'électricité hydraulique. Un découpage numérique en tranches Si du côté du matériel la torche à plasma a été le concept de départ, l'équipe du projet a également développé un logiciel qui prend le fichier électronique d'une tasse, par exemple, en réalise une image 3D et applique un algorithme de découpage en tranches. Chaque couche de la tasse, découpée numériquement par le logiciel, est ensuite transmise par le système 4M au matériel (la torche). Le système construit ainsi en trois dimensions une tasse réelle en utilisant la torche à plasma pour faire fondre la poudre métallique. Des solutions légères et souples Ce nouveau système doit notamment son caractère novateur au fait qu'il peut utiliser plusieurs matériaux différents en même temps. La torche à plasma peut être alimentée avec différents matériaux par plusieurs buses, en séquence ou simultanément. Ayant développé un prototype de torche à plasma et un système de fabrication additive, l'équipe a étudié plusieurs systèmes différents de matériaux. «Ce concept nous permet de fabriquer des géométries constituées de plusieurs matériaux», déclare le Dr Neubauer. «Si nous reprenons l'exemple de notre tasse, nous pourrions utiliser un matériau pour construire la section inférieure et un autre pour la partie supérieure.» Cela permet aux fabricants de mettre en œuvre plusieurs caractéristiques, ce qui est important pour les applications spatiales. «Nous pourrions par exemple utiliser un composant léger, puis ajouter un autre composant pour augmenter la dureté.» L'espace a été un moteur essentiel pour le développement de cette technologie. Les composants utilisés dans l'espace doivent en général être légers et peu volumineux, des contraintes qui rendent particulièrement intéressant le concept de fabrication additive, en termes de réduction des coûts et des délais. En démarrant, par exemple, avec un gros bloc de métal, la production de la pièce par usinage classique peut nécessiter de soustraire jusqu'à 90 % de la quantité du matériau. En revanche, le concept de fabrication additive initié par le projet 4M n'utilise que la quantité de poudre métallique nécessaire pour fabriquer l'objet désiré et il ne reste plus ensuite qu'à enlever par usinage une quantité résiduelle du matériau. Le Dr Neubauer pense maintenant que la voie à suivre consiste à perfectionner cette technique. «Notre idée originale était de développer des systèmes commercialisables, mais je ne pense pas que nous ayons déjà atteint ce stade», déclare-t-il. «Il faudrait pour cela réaliser des investissements beaucoup plus conséquents. Ce que nous voulons plutôt faire, c'est mettre en place un centre de fabrication reproduisant les installations utilisées au cours du projet. Nous pourrons ainsi fournir des produits et des pièces à la demande.» L'entreprise est actuellement en négociation pour la création de ce centre.
Mots‑clés
4M, fabrication, industriel, matériau, 3D, aérospatiale, moule, fabricants, poudre métallique, RHP, torche à plasma, Agence spatiale européenne, hydroélectricité